水处理离子交换法，离子交换树脂详解

近年来由于离子交换树脂不仅具有再生能力，并且具备操作简便工艺条件完善以及流程短等优点，则其在废水处理领域的应用范围不断扩大。探讨其本质时则需了解这种工艺是如何运作的以及它的运行原理。

小编对离子交换树脂的应用及其各项参数进行了总结，并详细阐述了有关离子交换的工艺、原理以及离子交换剂的知识内容。此内容可作为参考使用。

小编对离子交换树脂的应用及其各项参数进行了总结，并详细阐述了有关离子交换的工艺、原理以及离子交换剂的知识内容。此内容可作为参考使用。

离子交换法

该方法是利用其表面的离子与污水中残留的有害离子发生交换反应以去除污水中有害物质的一种方式。

离子交换法的特点

离子交换过程是一种特殊的吸附过程，在许多方面与吸附过程类似。

相较于吸附法而言，其主要以离子性污染物为主，并实现等效量的离子交换作用。

离子交换法的作用

在污水处理过程中，离子交换技术主要被用于回收与去除水体中含有的如金、银等金属元素及其他重金属污染物如镉、铬等元素；同时该技术也可用于处理含有机物的污水以及净化含有放射性物质的废水

离子交换原理

离子交换主要指水溶液通过树脂时，在固体颗粒与液体接触的界面上发生固液间离子交换的过程。

离子交换反应

离子交换反应是可逆反应，离子交换对不同组分显示出不同的平衡特性。

在污水处理过程中最常见的化学交换过程主要用于降低水质中的硬度并去除水中的杂质其中最显著的应用包括去除了水中的盐分以及处理含有重金属污染的工业废水这一技术通过将具有不同电荷特性的物质相互作用从而实现对污染物的有效去除

水中的阳离子与交换剂上的 Na+进行交换反应，

即2RNa + M2+====R2M+2Na+

式中R--离子交换剂的骨架;

Na+--交换剂上可交换离子;

M2+--水溶液中二价阳离子。

离子交换剂

离子交换剂

离子交换剂包括骨架和交换基团两部分。基于骨架的不同性质特征及功能需求特点，在实际应用中通常将离子交换剂划分为无机类与有机两类主要类型。

无机离子交换剂

无机离子交换剂包括天然沸石与人工合成沸石两种类型。其中，天然沸石主要由矿物成分构成，在特定条件下能够实现阳离子交换功能；而人工合成沸石则是通过化学工艺制备而成，在实际应用中既可以作为高效的阳离子交换载体，并且也具备良好的吸附性能。

沸石的交换原理

在污水处理过程中加入沸石后，在沸石形成的晶格空隙中分散的部分向水颗粒内部迁移，并发生离子交换作用以实现对水质中主要污染物的去除

沸石的种类

属于沸石类矿物的包括方沸石、菱形晶体以及片状晶体等多种类型。其化学性质与天然存在的沸石头相似。利用其均匀空隙结构有效地排除大分子物质，在实际应用中广泛使用的分子筛包括了合成毛状晶体、合成菱形晶体以及合成丝状晶体等多种类型。

有机离子交换剂

有机离子交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。

离子交换树脂

离子交换树脂

离子交换树脂是一种具备离子交换功能的有机高分子聚合电解质材料。它呈现为疏松多孔固态球形颗粒状。其粒径通常在0.6至1.2毫米之间（大颗粒树脂）、0.3至0.6毫米之间（中颗粒树脂）以及更微小的0.02至0.1毫米之间（小颗粒树脂）。

离子交换树脂特点和结构

离子交换树脂不易溶解于水，并且同样不与其发生反应。其结构主要由不易溶解的部分与能够参与离子交换的部分组成。

由有机化合物与交联剂聚合而成的高分子聚合物构成的基质中包含着丰富的官能团，在特定条件下能够形成稳定的交联网络；其中起关键作用的就是作为使基质形成三维网络结构的关键成分。

交换基团由起交换作用的离子和与树脂本体连接的离子组成。

离子交换树脂的“选择性”

水中各种离子在与离子交换树脂交换时，其能力是不同的。

有些离子容易被树脂吸附却难以进行交换；有些离子则难以吸附而易释放。这种特性即被称为离子交换树脂的选择性。

离子交换树脂选择性的影响因素

具有更高电荷的离子带更容易被离子交换树脂吸附；其中二价离子比一价离子更容易被吸附。

2、对带有相同电荷量的离子而言，原子序大的离子，容易被吸附；

3、浓溶液与稀溶液相比，浓溶液中的低价离子易被树脂吸附。

特种离子交换树脂

具有选择性吸附功能的特种类型离子交换材料能够对特定污染物离子实现选择性吸附作用被称为具有这种功能的材料

特种离子交换树脂的特点

特种树脂中的官能团基于普通树脂官能团的基础通过特定的分子化学反应进行了修饰改性处理或者直接引入了能够与特定污染物离子发生强烈吸附作用的物质作为官能团

特种离子交换树脂的应用

通常情况下适用于特定领域内的特定水质类型以及旨在选择性地去除目标污染物的应用场景中。相比之下，在这种情况下使用的普通的离子交换树脂主要用于脱盐和软水处理等阴阳离子交换功能；而对于其他特殊的处理需求，则由于结构和性能限制，普通的离子交换材料无法达到预期效果。

离子交换设备

常用的离子交换设备有固定床、移动床和流动床三种。

固定床离子交换设备

固定床型离子交换装置是通过将含有待处理物料的液体输送至装有离子交换树脂的竖式交換容器中进行操作。在此装置内部会执行交換、反沖洗、復生以及清潔等運作程序。随后將進入下一循環步驟因此此類設備通常采用間歇運作模式

固定床的类型

根据用途不同，固定床可设计成单床、多床和混床。

移动床离子交换器

该装置中的离子交换 resin 具有周期性运动的特点。即该系统会定期更换一部分失效的 resin 并补充同等数量的新鲜 resin。被更换出的部分旧 resin 则会被另一个装置进行再生处理。

移动床工艺系统

移动床系统包括单塔单循环再生装置、双塔串联型循环装置以及多层次循环装置等多种工艺单元

三塔多周期移动床系统

三塔多周期移动床系统主要由交换塔、再生塔和清洗塔构成。在移动床运行过程中,储 resin bin 中的 resin 层持续运动,每段时间会排出底部已失活的 resin 并补充同等数量的新鲜 regeneration resin。失活的 resin 随 flow 进入 regeneration tower 进行再生,随后转运至 cleaning tower 进行清洗

流动床离子交换设备

流动床离子交换装置有压力式和重力式两种。

工程中主要采用的是一种称为重力式流动床的技术，在根据松木的不同特点进行分类时，则主要包括包括双塔式（交换型净化塔以及再生处理及清洗回收 tower）和三 tower 式（purification zone, recycling zone and reuse recovery zone）两种类型。

重力式双塔流动床

重力式双塔流动床的组成结构包括交换系统、循环清洗设备、水射装置以及辅助管道系统等组成部分。